分析10KV配網(wǎng)合環(huán)裝置

本文針對10kV線(xiàn)路手拉手換電，為了實(shí)現合環(huán)換電過(guò)程用戶(hù)不至于中斷供電，提高供電可靠性，設計了一種線(xiàn)路合環(huán)裝置對合環(huán)線(xiàn)路參數進(jìn)行精密測量。解決了測量過(guò)程中高壓精密測量的問(wèn)題以及相位測量的問(wèn)題，同時(shí)裝置設上采用無(wú)線(xiàn)操作，簡(jiǎn)單方便。

同時(shí)設計潮流計算軟件，提出了一種有效的系統模型，根據當前系統運行狀態(tài)，分析合環(huán)對系統的影響，提供合環(huán)判據，對合環(huán)操作進(jìn)行指導。

電網(wǎng)系統的不斷發(fā)展對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。10KV配電網(wǎng)一般采用閉環(huán)設計，開(kāi)環(huán)運行的方式供電。但是配網(wǎng)在線(xiàn)路檢修、負荷倒換等操作時(shí)都是通過(guò)斷電分段投入負荷的方式，為了減少停電時(shí)間，提高通電可靠性，10KV線(xiàn)路帶電合環(huán)操作對提高供電可靠性與經(jīng)濟性有著(zhù)重要意義。

合環(huán)操作中，因為合環(huán)點(diǎn)兩端電壓存在幅差和相差即矢量電壓差，以及線(xiàn)路阻抗等因素會(huì )影響合環(huán)系統潮流分布的影響。裝置設計上通過(guò)進(jìn)行帶隔離的高精度采樣，采用無(wú)線(xiàn)手持終端進(jìn)行測量操作。同時(shí)通過(guò)裝置測量的數據對比潮流軟件計算的幅差和相差驗證合環(huán)軟件準確度。通過(guò)軟件計算合環(huán)后流過(guò)合環(huán)點(diǎn)的電流等參數，為合環(huán)參數提供可靠的判據。

一、合環(huán)點(diǎn)參數測量原理

1.測量裝置的組成

測量裝置主要由以下三部分組成操作桿、測量終端和手持終端。其中操作桿為一根8m左右的伸縮桿用于將測試裝置掛在線(xiàn)路測量點(diǎn)上，測量終端為一個(gè)圓筒用于對線(xiàn)路參數進(jìn)行采樣和將數據傳給手持終端，手持終端為一個(gè)手持塑料盒用于操作測試和分析測量數據。

2.裝置測試基本原理

測量裝置通過(guò)兩根測量桿掛在合環(huán)點(diǎn)兩端的同相線(xiàn)路上，對線(xiàn)路的電壓相位進(jìn)行測量，整個(gè)試驗過(guò)程使用手持終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信操作測量桿進(jìn)行測量操作。整套裝置試驗時(shí)操作人員遠離試驗現場(chǎng)，通過(guò)手持終端無(wú)線(xiàn)操作，安全便捷。

合環(huán)裝置原理框圖圖1

3.合環(huán)點(diǎn)電壓相位測量

10kV線(xiàn)路電壓相位測量屬于一個(gè)高壓環(huán)境下的電量測量，高壓下進(jìn)行精密測量通常有取樣難以及空間干繞問(wèn)題。同時(shí)裝置測量是分開(kāi)獨立測量，在進(jìn)行相位比較時(shí)無(wú)法采用比較電路進(jìn)行測量，相位精密測量也有比較大的難度。為了保證電壓測量的準確，裝置采用電磁傳感器隔離測量，高壓信號經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)高精密的傳統電壓等級的傳感器，傳感器輸出經(jīng)過(guò)信號調理后進(jìn)行AD采樣。同時(shí)為了保證相位測量的準確性，測量采用基于正交法的同步測量。同步時(shí)間誤差小于2us，帶來(lái)誤差小于2′，對相位測量結果基本無(wú)影響。

測量桿原理框圖如圖2：

二、合環(huán)系統的分析

1.合環(huán)系統建模

10kV配網(wǎng)合環(huán)系統分析的基礎是潮流計算，通常的潮流計算的方式是根據給定的網(wǎng)絡(luò )結構及運行方式求出整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的運行狀態(tài)，包含了系統各節點(diǎn)的電壓、電流以及線(xiàn)路上的功率分布和功率損耗等，整個(gè)系統是一個(gè)多元非線(xiàn)性代數方程組的求解問(wèn)題。但是由于配網(wǎng)系統分布復雜，無(wú)法對系統參數進(jìn)行準確的折算，因此網(wǎng)絡(luò )系統參數合理的等效折算以及網(wǎng)絡(luò )等效模型的建立是整個(gè)合環(huán)系統分析的關(guān)鍵，也是合環(huán)系統潮流計算的難點(diǎn)。

合環(huán)系統網(wǎng)絡(luò )模型如圖3所示，10千伏架空線(xiàn)路網(wǎng)絡(luò )結構一般為同一個(gè)220kV下經(jīng)過(guò)不同110kV變電站，然后引出各條10千伏出線(xiàn)。因此我們可以對系統做如下圖所示等效：

如圖所示220kV線(xiàn)路經(jīng)變壓器T0降壓到110kV，然后T1和T2共同一條110kV母線(xiàn)。變壓器T1降壓到10kV后給左側的10回出線(xiàn)供電，變壓器T2降壓到10kV后給右側的10回出線(xiàn)供電。中間兩回出線(xiàn)在線(xiàn)路末端通過(guò)斷路器連接。

系統合環(huán)后，系統功率重新分布，兩個(gè)變電站的負荷通過(guò)合環(huán)點(diǎn)相互轉移，達到一個(gè)新的平衡。在合環(huán)的整個(gè)過(guò)程中要求線(xiàn)路的三段保護裝置不動(dòng)作，線(xiàn)路也不能過(guò)負荷。因此合環(huán)后流經(jīng)合環(huán)點(diǎn)的電流大小直接反應了合環(huán)操作對系統的影響。

2. 合環(huán)穩態(tài)電流分析

合環(huán)后流過(guò)合環(huán)點(diǎn)的功率S合'與流經(jīng)合環(huán)點(diǎn)的電流I合有如下關(guān)系：I合= S合'/3Up，其中Up為10kV線(xiàn)路的線(xiàn)電壓。由于S合'不方便直接從合環(huán)點(diǎn)測量,故無(wú)法直接作為判據。根據基爾霍夫電流原理，可以將合環(huán)電流I合視為疊加在系統中的環(huán)流。

合環(huán)前合環(huán)點(diǎn)兩端有電壓差ΔU，合環(huán)后形成的環(huán)流與ΔU滿(mǎn)足如下關(guān)系：I合=ΔU/Z，其中Z為環(huán)流流過(guò)的環(huán)路阻抗，包含T1變壓器阻抗R1+X1、合環(huán)線(xiàn)路阻抗ZLD1、ZLD2和T2變壓器阻抗R2+X2，即Z=R1+X1+ZLD1+ZLD2+R2+X2。

合環(huán)環(huán)流等效電路圖如下：

由于合環(huán)后形成的環(huán)流不流經(jīng)合環(huán)線(xiàn)路之外的線(xiàn)路，故可以將110kV變電站除合環(huán)線(xiàn)路負荷之外的負荷進(jìn)行轉移折算，將其折算成為一條負荷支路。故整個(gè)系統的模型可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。如圖5所示： SLD1和SLD2為合環(huán)下路負荷，S1為左邊變電站其余出線(xiàn)的負荷， S2為右邊變電站站其余出線(xiàn)的負荷。

3.合環(huán)判據分析

通過(guò)對系統模型分析簡(jiǎn)化以及合環(huán)電流計算的研究，我們可以看出合環(huán)電流的大小與以下因素有關(guān)：

(1) 線(xiàn)路負荷情況;

(2) 線(xiàn)路阻抗;

(3) 變壓器變比以及阻抗。

配電網(wǎng)合環(huán)負荷模型的處理是根據配電網(wǎng)的負荷結構特點(diǎn)利用數學(xué)方法進(jìn)行負荷轉移，提高系統建模時(shí)阻抗參數等效的精度，提高潮流計算的精度。

影響合環(huán)結果的三點(diǎn)因素最終體現在合環(huán)前合環(huán)點(diǎn)兩側的電壓差上，選取合環(huán)線(xiàn)路之后線(xiàn)路阻抗參數基本固定，因此在選取完合環(huán)線(xiàn)路之后，可以將合環(huán)點(diǎn)兩端線(xiàn)路的矢量電壓差ΔU作為合環(huán)判據。通過(guò)潮流計算軟件計算得到當前系統狀態(tài)下的合環(huán)電壓差ΔU以及合環(huán)電流，同時(shí)改變負荷參數仿真出當前網(wǎng)絡(luò )模型下允許最大合環(huán)電流對應的電壓差ΔUmax。